SELF-CONSISTENT-CHARGE DENSITY-FUNCTIONAL TIGHT-BINDING (SCC-DFTB) STUDY ON THE ADSORPTION BEHAVIORS OF CO2, H2O, O2, and CH4 ON (111) ?-Al2O3 SURFACE

Alifah Humairo Zuhdy, Mokhammad Fajar Pradipta, S.Si., M.Eng. ; Dr.rer.nat. Niko Prasetyo, S.Si., M.Sc.

2023 | Skripsi | KIMIA

Penelitian ini dilakukan untuk memprediksi interaksi antara molekul CO2,

H2O, O2, dan CH4 dengan permukaan ?-Al2O3 dengan menggunakan pendekatan

self-consistent-charge density-functional tight-binding (SCC-DFTB). Penelitian ini

bertujuan untuk menginteraksikan (111) ?-Al2O3 dengan beberapa molekul dan

mengidentifikasi energi ikat, transfer muatan, energi interaksi dan Densitas

Keadaan kompleks y-Al2O3 setelah optimasi.

Struktur sel satuan permukaan ?-alumina (40 atom) dan (111) ?-Al2O3

pertama kali dioptimalkan menggunakan strategi DFTB. Permukaan ?-Al2O3 yang

dioptimalkan secara geometri kemudian berinteraksi dengan beberapa molekul.

Terakhir, analisis binding energy, Density of States (DOS) dan transfer of charge

untuk menunjukkan faktor-faktor yang mempengaruhi interaksi.

Kesimpulannya, Al (III) dan Al (IV) adalah situs yang paling disukai dalam

interaksi permukaan dengan molekul. Interaksi ini menyebabkan sedikit penataan

ulang struktural dan H2O memperoleh interaksi terkuat dan menunjukkan bahwa

molekul H2O mengikat secara efektif ke permukaan ?-Al2O3, yang disebabkan oleh

interaksi elektrostatik antara H2O dan permukaan bermuatan ?-Al2O3. Nilai

interaksi energi berkorelasi dengan nilai lain seperti energi ikat, jarak ikatan dan

transfer muatan.

This study was conducted to predict the interaction between molecules

CO2, H2O, O2, and CH4 with ?-Al2O3 surfaces using a self-consistent charge density

functional tight-binding (SCC-DFTB) approach. This research aimed to interact

(111) ?-Al2O3 with several molecules and to identify the binding energy, charge

transfer, energy interaction and Density of States of y-Al2O3 complexes after

optimization.

The structure of the unit cell of ?-alumina (40 atoms) and (111) ?-Al2O3

surface was firstly optimized using the DFTB strategy. The geometry-optimized

surface of ?-Al2O3 then interacted with several molecules. Lastly, the analysis of

binding energy, Density of States (DOS) and transfer charge show the factor

influencing the interaction.

In conclusion, Al (III) and Al (IV) were the most favorable site in the interaction

of the surface with the molecules. This interaction caused slight structural

rearrangement, and H2O obtained the most potent interaction and indicating that

the H2O molecule binds tightly to the surface of ?-Al2O3, which due to the

electrostatic interaction between the H2O and the charged surface of

?-Al2O3. The value of energy interaction correlated with other values such as

binding energy, bond distance, and transfer charge.

Kata Kunci : (111) ?-Al2O3 surface, SCC-DFTB, Optimization